(57)【要約】【課題】  水ギャップ探傷に適用して所期の性能が発揮できるようにした２分割型の超音波センサを提供すること。【解決手段】  送信振動子列１５０と受信振動子列１９０を備えた２分割型の超音波センサ１４０において、送信振動子列１５０と受信振動子列１９０の間に表面反射低減板としても機能する板状遮音部材１５４を設け、この板状遮音部材１５４を矢印Ａ方向に移動可能に構成して、水ギャップ寸法を変えても、この板状遮音部材１５４の先端が検査対象材料の表面から離れないようにしたもの。【選択図】  図１
2005300224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信振動子列と受信振動子列の間に板状遮音部材を備えた水ギャップ探傷用超音波センサにおいて、
前記板状遮音部材を、前記送信振動子列と前記受信振動子列の探傷面に対して垂直な方向に移動可能な状態で、前記送信振動子列と前記受信振動子列の間に保持させたことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記板状遮音部材は、先端が前記探傷面から外部に露出する方向に弾性保持されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記板状遮音部材がアクチュエータを備え、該アクチュエータにより移動可能に保持されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記板状遮音部材が、縦方向に延び幅方向に並んで配列さた複数の細条部材で構成され、
これら複数の細条部材が各々独立に、各々の先端が前記探傷面から外部に露出する方向に弾性保持されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記板状遮音部材が伸縮可能な材質により作られ、当該板状遮音部材自体の長手方向の伸縮性により移動可能に保持されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項６】
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記板状遮音部材は、先端に切欠きが備えられていることを特徴とする超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷用のセンサに係り、特に、水ギャップ探傷用に好適な２分割型の超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材など縦波と横波の双方の伝播を許す固体の非破壊検査方法として、超音波による手法(超音波探傷法)が従来から一般に用いられているが、このとき、超音波探触子から送信した超音波ビームが広がってしまうと、回折波の強度が低下して欠陥検出特性が低下してしまう虞れがある。
【０００３】
そこで、この懸念を払拭する方法として、送信用探触子から出射される超音波ビームを集束させて欠陥先端に照射し、且つ受信用探触子による回折波検出領域も集束をさせて、回折波を効率良く検出する方法が従来技術にある(例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００４】
この方法は、フェーズドアレー(フェーズドアレイ)方式と呼ばれ、更には電子走査方式又は電子スキャン方式とも呼ばれるもので、例えば圧電素子からなる複数の超音波振動素子をアレー状に配置した探触子、いわゆるアレー(アレイ)探触子を用い、超音波発生の契機となる電気信号を、このアレー探触子の各素子毎に所定の時間だけ遅延させて与え、各素子から発生した超音波に合成波を形成させるようにした超音波探傷法のことである。
【０００５】
また、このとき、２個のアレー探触子を一定間隔で固定配置し、送信用と受信用に使い分けし、ＴＯＦＤ法(Time of Flight Diffraction：飛行時間回折法)により被検査体内の欠陥を超音波探傷する装置も従来技術として知られている。
【０００６】
そして、このＴＯＦＤ法の場合、送信用探触子から被検査体に入射させる超音波の角度(入射角)は通常、４５度〜５５度で、その超音波に基づく被検査体内の欠陥先端からの回折波を受信用探触子で受信する角度(受信角)も、通常は４５度〜５５度に設定していた(同じく、特許文献１参照。)。
【０００７】
ここで、回折波を効率良く検出しようとした場合、超音波の入射角は４５度が効率上好ましいという点が公知である(例えば、特許文献２の第４−５頁、図２参照。）。
【０００８】
このＴＯＦＤ法と、電子走査方式又は電子スキャン方式を用いた従来例もある(例えば、特許文献３の第３−６頁と図１−１２、参照。)。
【０００９】
次に、このフェーズドアレー方式の従来技術による超音波探傷装置の一例について、図１４により説明すると、ここで、まず、この図１４に示した超音波探傷装置は、図示のように、超音波探傷装置本体４００と、送受信一体型アレーセンサ１４に大別されていて、これらの間は信号ケーブル５００により接続されている。
【００１０】
そして、まず、送受信一体型センサ１４(以下、センサ１４と略称する)は、図１５と図１６に示すように、一方向、例えばＷ方向に配列された複数の超音波振動素子を配列方向に２分割し、一方を送信振動子列１５とし、他方を受信振動子列１９としたもので、それらによる探傷面が検査対象物である被探傷面に向かい合うようにして、当該検査対象材料２１の表面に載置して使用されるようになっている。
【００１１】
ここで、このような、一方向に配列された複数の超音波振動素子を配列方向に２分割し、一方を送信振動子列とし、他方を受信振動子列としたセンサは、２分割型超音波探触子(センサ)と称されている。
【００１２】
なお、このときの探傷面とは、送信振動子列１５から超音波が発生され、受信振動子列１９により超音波か受信される面のことである。
【００１３】
ここで、このような、一方向に配列された複数の超音波振動素子を配列方向に２分割し、一方を送信振動子列とし、他方を受信振動子列としたセンサは、２分割型超音波探触子(センサ)と定義されている。
【００１４】
そして、このセンサ１４の送信用アレーセンサを構成する送信振動子列１５の各振動素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから検査対象物である検査対象材料２１内に超音波１６を送信し、この超音波１６に基づいて検査対象材料２１内で超音波１６が欠陥２２の下端で回折して発生した回折波を、受信用アレーセンサを構成する受信振動子列１９の各振動素子Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒで受信し、各振動素子が回折波を受信したことにより発生した電気的信号を超音波探傷装置本体４００に供給する働きをする。
【００１５】
このように、送信振動子列１５の各振動素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、超音波の送信に用いられるので、送信用振動素子と定義でき、受信振動子列１９の各振動素子Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒは超音波の受信に用いられるので受信用振動素子と定義できる。
【００１６】
そして、このセンサ１４は、検査対象材料２１の表面で、その欠陥２２の真上に、中央部(センサ１４の中央部)が位置するようにして当該検査対象材料２１の表面に載置される。ここで、この図では、送信振動子列１５の振動素子Ｄと受信振動子列１９の振動素子Ｏの間がセンサ１４の中央部になっている。
【００１７】
次に、超音波探傷装置本体４００は、図示のように、入力装置１とメモリ２、超音波制御装置３、情報処理装置４、Ｉ／Ｏ(入出力インターフェース)５、表示装置６、送信超音波振動子制御装置７、受信信号処理装置８、送信側アンプ制御装置９、受信側アンプ制御装置１０、送信側アンプ１１、それに受信側アンプ１２を備えている。
【００１８】
そして、まず、入力装置１から、超音波の送受信バタンを決定するための入力条件をメモリ２に入力する。ここで、この入力条件とは、欠陥を高感度で検出するのに必要な超音波送受信バタンを決定するための条件のことで、メモリ２に入力された後、超音波制御装置３に転送される。
【００１９】
そこで、超音波制御装置３は、Ｉ／Ｏ５を介して、送信振動子列１５の各振動素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから送信された超音波１６が集束点１７に集束され、回折波１８が受信振動子列１９の各振動素子○、Ｐ、Ｑ、Ｒに効率的に受信されるのに必要な超音波制御信号を送信超音波振動子制御装置７と受信信号処理装置８に送信する。
【００２０】
このとき、送信超音波振動子制御信号は、送信側アンプ１１により増幅され、送信振動子列１５の各振動素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに供給され、この結果、各振動素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから各々球面波からなる超音波１６が発生されるが、このとき各球面波の発生に時間差があるため、検査対象材料２１の内部にある集束点１７の位置に超音波１６が集束される。
【００２１】
この図１の場合、超音波１６を集束点１７に集束させるためには、この集束点１７から最も遠い位置にある振動素子Ａに最も早く送信信号が入力されるようにしなければならないので、このときの送信超音波振動子制御信号のタイミングは図１７に示すようになり、この結果、図１８に示すように、時間差をもって順次、超音波が発生されることになる。
【００２２】
このとき、超音波１６を集束点１７で集束させるのに必要な各振動素子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対する遅延時間ＴtＡmn、ＴtＢmn、ＴtＣmn、……、ＴtＤmn は、超音波制御装置３により計算される。
【００２３】
ここで、いま、集束点１７の位置に欠陥端部があったとすると、この場合、超音波が欠陥端部で回折し、回折波１８が現れる。そして、この回折波１８は受信振動子列１９の各振動素子Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒに時間差を持って入射する。
【００２４】
この図１４の場合、集束点１７に最も近い受信側の振動素子Ｏに入射する回折波１８が時間的に最も早く、集束点１７から最も遠い振動素子Ｒに入射する回折波１８が時間的に最も遅れる。
【００２５】
こうして、受信振動子列１９の各振動素子Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒに回折波１８が入射されたとすると、各振動素子○、Ｐ、Ｑ、Ｒから、各々に入射された回折波１８の強度に応じたレベルの電気信号が発生され、これが受信側アンプ１２により増幅されてから受信信号処理装置８に入力される。
【００２６】
受信信号処理装置８では、受信振動子列１９の各振動素子Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒによる受信の集束点１７(Ｆmn)と、受信振動子列１９の各振動素子Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒの位置関係(距離関係)により、各超音波受信信号(電気信号)を合成する受信タイミングＴrimn を制御した後、各超音波受信信号を加算して１つの超音波受信信号を作成する。
【００２７】
このときの受信タイミングＴrimn は超音波制御装置３により計算され、入力条件により決定された受信の集束点(集束点１７(Ｆmn)と同じ)に、受信振動子列１９の各振動素子Ｏ、Ｐ、Ｑ、Ｒによる受信の集束点を集束させるのに必要な値に決められる。
【００２８】
受信信号処理装置８で作成された超音波受信信号は、Ｉ／Ｏ５を介して情報処理装置４とメモリ２に転送される。そして、情報処理装置４により、所定の表示形態に応じて処理された上で、Ｉ／Ｏ５を介して表示装置６に供給され、探傷情報として表示される。
【００２９】
こうして表示装置６に探傷情報として欠陥回折波信号が表示されると、この欠陥回折波信号の存在を根拠にして欠陥の存在を認識することができ、欠陥を検出することができ、更に、超音波を送信した時間と回折波の検出時間、つまり超音波の伝播時間により、欠陥の深さが求められ、欠陥サイジング(欠陥の大きさの計測)を可能にすることができる。
【００３０】
ところで、以上に説明した超音波探傷装置の一例では、図１４に示されているように、センサ１４が検査対象材料２１の表面に載置して使用されるようになっているが、これとは別に、例えば原子炉圧力容器の検査など、水中で超音波探傷を実施する場合には、センサを検査対象物の表面から離し、間に水の層が介在した状態で超音波探傷を実行するようにした、いわゆる水ギャップ法超音波探傷が従来技術として知られている。
【００３１】
そして、この水ギャップ法超音波探傷で使用されるセンサを２分割型超音波センサに適用した場合、超音波が送信振動子列から直接、受信振動子列に伝播してしまうのを抑えるため、送信振動子列と受信振動子列の間に板状遮音部材を設けている(例えば、特許文献４参照。)。
【００３２】
そこで、このような板状遮音部材を設けたセンサの一例について、図１９により説明すると、このセンサ１４は、送信振動子列１５と受信振動子列１９を探傷面、つまり超音波が出入りする入出射面となるエボキシ樹脂板１０１の上に設置し、樹脂１０２により位置を固定してケーシング１００に収容したものである。
【００３３】
そして、ケーシング１００と樹脂１０２の間には、例えばコルク材などの遮音材１０３が充填されているが、ここで、更に送信振動子列１５と受信振動子列１９の間にも、同じくコルクなど、超音波を反射し難い材料からなる板状遮音部材１０４を設け、これにより、送信振動子列１５と受信振動子列１９間の超音波のクロストークを抑え、ノイズの低減と検出感度の向上が図れるようにしている。
【００３４】
ここで、このセンサ１４を水ギャップ法に適用する場合、板状遮音部材１０４を探傷面となるエボキシ樹脂板１０１から所定の長さＬだけ突出させ、これにより水ギャップ寸法が規定されると共に、送信振動子列１５から発射された超音波が、水ギャップ内で検査対象材料の表面で反射してそのまま受信振動子列１９に到達してしまうのを阻止するという、いわゆる表面反射低減板の働きが得られるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２２８１２８号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８１２６号公報
【特許文献３】特開２００２−６２２８１号公報
【特許文献４】特開平６−３３１６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
上記従来技術は、２分割型超音波センサを水ギャップ法に適用した場合の水ギャップ寸法の変更に配慮がされておらず、所期の性能発揮の点に問題があった。
【００３６】
つまり、上記従来技術では、２分割型超音波センサを水ギャップ法に適用した場合、その水ギャップ寸法が、センサの探傷面から板状遮音部材を突出させた長さ、例えば図１９の従来技術によるセンサの場合、長さＬで決められてしまうので、水ギャップ寸法が変更できず、所期の性能が発揮できなくなってしまうのである。
【００３７】
ここで、水ギャップ法の超音波探傷における水ギャップ寸法の変更と、その必要性について説明すると、まず、この水ギャップ法の超音波探傷は、上記したように、原子炉圧力容器の検査に適用されることが多い。そこで、以下、この原子炉圧力容器の検査を例にとって説明する。
【００３８】
ここで、図２０は、水ギャップ法超音波探傷装置を原子炉内の炉底部にあるＣＲＤ(制御棒駆動機構)ハウジングのスタブチューブ３１及び当該原子力圧力容器３２の近傍の探傷に適用した場合の一例を示したもので、この場合、センサ１４は多関節マニピュレータ３３に保持して使用され、このため、スタブチューブ３１の先端部３５と炉心支持板３６により、検査装置の本体部３４を圧力容器３２の炉底部に固定保持させる。
【００３９】
このとき、センサ１４の信号ケーブルや多関節マニピュレータ３３の信号ケーブル、動力ケーブル、それに高圧水ホースなどはケーブル及びホース３７として一括して束ねられ、検査装置の本体部３４から上部の運転／制御場所であるオペレーションフロアーまで延長され、それぞれの制御装置に接続されている。
【００４０】
ここで、マニピュレータ基部３８は、上下回転機構３９を介して検査装置の本体部３４に保持され、これにより、マニピュレータ基部３８は、本体部３４に対して上下方向Ｒ１と回転方向Ｓ１に移動可能にされている。
【００４１】
一方、マニピュレータ３３は、３個の屈曲間接部４０と２個の回転間接部４１を備え、その先端にはハンド４２が備えられ、これにより、センサ１４の把持部４３を掴んで保持する。
【００４２】
このとき、センサ１４と把持部４３の間には、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸に渡って変移可能なコンプライアンス機構４４が設置されていて、センサ１４がＣＲＤハウジングスタプチューブ３１と原子力圧力容器３２及びそれらの溶接部などの曲面にスムースに追従して姿勢が変えられるようにしてある。
【００４３】
しかして、この場合、センサ１４の探傷面と被検査対象面の間に間隙が残って、ここに水の層が介在されてしまうのが避けられず、必然的に水ギャップ法超音波探傷を採らざるを得なくなっている。
【００４４】
ところで、この水ギャップ法超音波探傷の場合、その水ギャップの寸法、つまり水の層の厚さが任意に変えられることが望ましいが、これは以下の理由による。
【００４５】
・欠陥の検出性と識別性の向上
ＣＲＤスタブチューブのような形状が複雑な部位の場合、まず超音波の入射方向を精度良く評価・推定することが困難であり、次に溶接金属部内部の音の曲がりに影響を与える組織流れや物性値を精度良く評価・推定することは困難である。
【００４６】
このため、超音波の電子的な走査と共に、超音波が入射する金属(被検査対象物)表面に対して超音波センサを傾けたり、金属表面からの距離を変え、つまり水ギャップの寸法を変えて、欠陥の先端に超音波を集束・照射できる条件を見出した後、欠陥をサイジングする必要があり、従って、欠陥の検出性と識別性の向上の見地から水ギャップ寸法の変更が必要になるのである。
【００４７】
・表面多重反射エコーと欠陥エコーとの分別
いま、金属表面から欠陥の先端までの距離、つまり欠陥深さをＬm［ｍ］とし、超音波センサから金属表面までの距離、つまり水ギャップをＬw［ｍ］として探傷したとすると、超音波の伝播時間Ｔtotal［ｓ］は次の(1)式で表わされる。
【００４８】
Ｔtotal ＝Ｔw＋Ｔm
＝２Ｌw／Ｖw＋２Ｌm／Ｖm  …………(1)
Ｔtotal：センサから超音波が出射してから欠陥先端エコーがセンサ
に入射するまでの時間［ｓ］
Ｔw：超音波が水中を伝播する時間［ｓ］
Ｔm：超音波が金属中を伝播する時間［ｓ］
Ｌw：水ギャップ［ｍ］
Ｌm：欠陥深さ[ｍ]
Ｖw：水中での音速［ｍ／ｓ］
Ｖm：被検査対象となっている金属中での音速［ｍ／ｓ］
これに対して、超音波センサと金属表面間で起こる超音波の多重反エコーの伝播時間Ｔr は次の(2)式で表わされる。
【００４９】
Ｔr ＝ｎ・Ｔw  …………(2)
ｎ：正の整数
そこで、いま、例えば、欠陥深さＬm ＝２０［ｍｍ］、水ギャップＬw ＝５［ｍｍ］で探傷し、水中での音速Ｖw ＝１５００［ｍ／ｓ］、それに金属中での音速Ｖm＝６０００［ｍ／ｓ］とすると、超音波の伝播時間Ｔtotal は６．６７［μｓ］となる。
【００５０】
このとき、表面多重反射エコーの伝播時間Ｔr は、ｎ＝１のとき、３．３３［μｓ］、ｎ＝２では６．６７［μｓ］、ｎ＝３では１０．００［μｓ］、……となり、この場合、たとえ僅かな表面多重反射エコーが発生したとしても、欠陥を表わす信号である超音波の伝播時間Ｔtotal と多重反エコーの伝播時間Ｔr が一致してしまい(Ｔtotal＝Ｔr＝６．６７［μｓ］)、そのままでは、欠陥信号を見落としてしまうことになる。
【００５１】
一方、上記と同じ条件で水ギャップＬw だけを変え、例えば水ギャップＬw ＝１０［ｍｍ］にして探傷してみると、超音波の伝播時間Ｔtotal は１０．００［μｓ］、ｎ＝１のとき表面多重反射エコーの伝播時間Ｔr は６．６７［μｓ］］、ｎ＝２では１３．３３［μｓ］、ｎ＝３では２０．００［μｓ］、……となるので、欠陥を表わす信号である超音波の伝播時間Ｔtotal と表面多重反射エコーの伝播時間Ｔr を異なったものにでき、欠陥信号が認識できるようになる。
【００５２】
そこで、この場合には、水ギャップＬw を変えて、欠陥信号の見落しを防止する必要があり、従って、表面多重反射エコーと欠陥エコーの分別の見地からも水ギャップ寸法の変更が必要になるのである。
【００５３】
本発明の目的は、水ギャップ探傷に適用して所期の性能が発揮できるようにした２分割型の超音波センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５４】
上記目的は、送信振動子列と受信振動子列の間に板状遮音部材を備えた水ギャップ探傷用超音波センサにおいて、前記板状遮音部材を、前記送信振動子列と前記受信振動子列の探傷面に対して垂直な方向に移動可能な状態で、前記送信振動子列と前記受信振動子列の間に保持させることにより、達成される。
【００５５】
このとき、前記板状遮音部材は、先端が前記探傷面から外部に露出する方向に弾性保持されているようにしても上記目的が達成され、同じく、このとき、前記板状遮音部材がアクチュエータを備え、該アクチュエータにより移動可能に保持されているようにしても上記目的が達成される。
【００５６】
また、このとき前記板状遮音部材が、縦方向に延び幅方向に並んで配列さた複数の細条部材で構成され、これら複数の細条部材が各々独立に、各々の先端が前記探傷面から外部に露出する方向に弾性保持されていることによっても上記目的が達成される。
【００５７】
更にこのとき、前記板状遮音部材は、先端に切欠きが備えられているようにしても、同じく上記目的が達成される。
【発明の効果】
【００５８】
本発明によれば、板状遮音部材の先端をＣＲＤスタブチューブやシュラウドサポートのような複雑な形状をした部位に対しても容易に追従させ、接触させることができるので、表面反射波の抑制が抑制でき、２分割型超音波センサを水ギャップ法に適用して所期の性能を任意に発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下、本発明による超音波センサについて、図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００６０】
まず、図１は本発明の一実施形態である超音波センサ１４０を示したものであり、図２は、図１に示した超音波センサ１４０の詳細を示したもので、同図(a)は図１の正面から見た断面図で、同図(b)は、同じく側面図である。
【００６１】
そして、この超音波センサ１４０は、送信振動子列１５０と受信振動子列１９０を備えることにより２分割型のアレイセンサを構成し、これら送信振動子列１５０と受信振動子列１９０の間に表面反射低減板としても働く板状遮音部材１５４を設けることにより、水ギャップ法探傷用のセンサに適用できるようにしたものである。
【００６２】
ここで、送信振動子列１５０は、図１９で説明した従来技術の超音波センサ１４における送信振動子列１５に相当し、受信振動子列１９０は、同じく図１９の従来技術における受信振動子列１９に相当したものであり、従って、詳しい説明は省略する。
【００６３】
一方、板状遮音部材１５４は、同じく図１９の従来技術における板状遮音部材１０４に相当したものであるが、但し、この実施形態では、図１９の従来技術の場合のように、送信振動子列１５０と受信振動子列１９０の間に固定されているのではなく、可動可能に保持されている。
【００６４】
すなわち、この板状遮音部材１５４は、送信振動子列１５０と受信振動子列１９０の探傷面１５０１、１９０１に対して垂直な方向、つまり、これらの図では、矢印Ａで示す方向に移動可能に、送信振動子列１５０と受信振動子列１９０に対して保持されているものである。
【００６５】
このため、送信振動子列１５０と受信振動子列１９０の間にはスペーサ部材２００、２０１が挿入してあり、これにより、送信振動子列１５０と受信振動子列１９０の間に空間が形成され、この中に板状遮音部材１５４が収容され、移動できるように保持されるようになっている。
【００６６】
ここで、この板状遮音部材１５４の一方の端部、つまり送信振動子列１５０と受信振動子列１９０の探傷面１５０１、１９０１から外部に露出されている方の端部１５４１とは反対側の端部には、Ｔ字形の頂部１５４２が形成してある。
【００６７】
そして、この頂部１５４２を内部に収容した形で、送信振動子列１５０と受信振動子列１９０の探傷面１５０１、１９０１とは反対側の端面にケース部２１０が取付けられていて、この中に頂部１５４２を押すようにしてコイルスプリングからなるバネ３００が設けられている。
【００６８】
このとき、バネ３００は、図示の状態では、本来の長さ、つまり自由な状態のときの長さから所定の長さに縮ませた状態になるようにして、板状遮音部材１５４の頂部１５４２とケース部２１０の間に挿入されている。
【００６９】
そして、これにより、板状遮音部材１５４の端部１５４１を押すと、板状遮音部材１５４は、その端部１５４１が送信振動子列１５０と受信振動子列１９０の探傷面１５０１、１９０１から内部に入り込む方向に移動されることができるようになり、このときの反力、つまり板状遮音部材１５４を押し込むのに必要な力は、バネ３００に所望のバネ定数を持たせることにより、任意の強さにすることができる。
【００７０】
次に、この超音波センサ１４０による探傷動作について、図３により説明する。ここで、この図３は、検査対象材料２１の検査に超音波センサ１４０を用い、当該検査対象材料２１に存在する欠陥２２の深さ測定や欠陥サイジングを水ギャップ法により行なうときの状態を示したものである。
【００７１】
この場合、超音波センサ１４０は、例えば図２０で説明した多関節マニピュレータ３３のハンド４２に把持部４３(図１)を掴ませて保持し、これにより、検査対象材料２１の所望の表面の近傍に位置決めできるようにする。このときコンプライアンス機構４４(図２０)は使用しない。
【００７２】
そして、この超音波センサ１４０は、水ギャップ寸法Ｇをもって検査対象材料２１の所望の表面の近傍に位置決めされ、且つ、板状遮音部材１５４の端部１５４１が検査対象材料２１の表面に接触している状態にして超音波探傷を行ない、水ギャップ法による超音波探傷が得られるようにしている。
【００７３】
このとき、上述したように、欠陥の検出性と識別性の向上の見地や表面多重反射エコーと欠陥エコーの分別の見地から、水ギャップ寸法Ｇを変えて探傷を行なう必要がある。
【００７４】
そこで、この場合は、位置決めした後、更に超音波センサ１４０を矢印Ｓ方向に動かすことになるが、このとき超音波センサ１４０では、その板状遮音部材１５４が矢印Ａ方向に移動可能になっていて、しかもバネ３００により弾性をもって押されている。
【００７５】
このため、超音波センサ１４０を矢印Ｓ方向に動かしても、板状遮音部材１５４の端部１５４１が検査対象材料２１の表面から離れてしまうことはなく、常に接触した状態に維持させることができる。
【００７６】
但し、このためには、水ギャップ寸法Ｇの最大値が板状遮音部材１５４の移動ストローク未満に収まっていることが条件になるので、超音波センサ１４０を用いて水ギャップ法により超音波探傷を行なう際は、板状遮音部材１５４の移動ストロークを越えない範囲で水ギャップ寸法Ｇの変更を行なうようにする必要がある。
【００７７】
ここで、この板状遮音部材１５４の移動ストロークとは、この板状遮音部材１５４の移動が可能な長さのことであり、これは、超音波センサ１４０の設計事項として、所望の範囲で任意に決めることができる。
【００７８】
従って、この超音波センサ１４０によれば、水ギャップ法に適用して水ギャップ寸法を変えても、そのままで板状遮音部材１５４の端部１５４１が検査対象材料２１の表面に接触した状態を維持させることができ、この結果、板状遮音部材１５４の機能が損なわれてしまう虞れがなく、２分割型超音波センサを水ギャップ法に適用したことによる性能を充分に発揮させることができる。
【００７９】
次に、本発明の他の実施形態について説明すると、まず、図４は、板状遮音部材１５４の移動にエアーシリンダ３１０を用いた場合の一実施形態で、このエアーシリンダ３１０は、図示のように、板状遮音部材１５４の頂部１５４２とケース部２１０の間に挿入されている。
【００８０】
そこで、このエアーシリンダ３１０を、水ギャップ法により超音波探傷を行なう際、例えば水ギャップ寸法を変えたとき、必要に応じて適宜作動させてやれば、板状遮音部材１５４の頂部１５４２が押され、その端部１５４１が、水ギャップ寸法の変更に関わらず、検査対象材料２１の表面に接触した状態を維持させることができる。
【００８１】
従って、この図４の実施形態によっても、板状遮音部材１５４の機能が損なわれてしまう虞れを無くすことができ、２分割型超音波センサを水ギャップ法に適用したことによる性能を充分に発揮させることができる。
【００８２】
ここで、この図４では、エアーシリンダ３１０の可動部が、板状遮音部材１５４の頂部１５４２とは独立しているが、本発明の実施形態としては、これらを結合させ、エアーシリンダ３１０の可動部と板状遮音部材１５４を一体化してもよい。
【００８３】
ところで、以上の実施形態の説明では、板状遮音部材１５４の端部１５４１の平面形状については、特に触れなかったが、これは、図５に示すように、平らな直線からなる方形にするのが一般的である。
【００８４】
ここで、この図５において、同図(a)は超音波センサ１４０の側面図で、同図(b)は正面図、そして同図(c)は検査対象材料２１の表面に位置決めした状態を示した図であり、この場合、端部１５４１が直線状になっていても検査対象材料２１の表面に接触させることができるので、特に問題は無い。
【００８５】
一方、図６は、板状遮音部材１５４の端部１５４１を円弧状にし、平面形状を半円形にした場合の一実施形態で、ここでも、同図(a)は超音波センサ１４０を側面図で、同図(b)は正面図、そして同図(c)は検査対象材料２１の表面に位置決めした状態を示した図である。
【００８６】
そして、この図６の場合、同図(c)に示すように、検査対象材料２１の表面で円弧状になっている方向に沿って板状遮音部材１５４の端部１５４１を接触させ、超音波探傷を行なう場合に好適な実施形態を示したものであり、このとき、端部１５４１が円弧状になっているので、検査対象材料２１の表面が円弧状になっていても、あまり隙間を残さないで接触させることができる。
【００８７】
次に、図７も本発明の一実施形態で、同図(a)は正面から見た断面図で、同図(b)は、同じく側面図であり、そして、この実施形態による超音波センサ１４０は、板状遮音部材１５４を、縦方向に延び幅方向に並んで配列さた複数の細条部材１５４Ａ〜１５４Ｈで構成し、それぞれにコイルスプリングからなるバネ３００Ａ〜３００Ｈを設けたものである。
【００８８】
そして、これにより、複数の細条部材１５４Ａ〜１５４Ｈが各々独立に移動可能に保持されていて、しかも各々の先端１５４１Ａ〜１５４１Ｈが探傷面から外部に露出する方向に弾性保持されているようにしたものである。
【００８９】
そこで、この図７の実施形態による超音波センサ１４０の場合、検査対象材料２１(図示してない)の表面に位置決めし、細条部材１５４Ａ〜１５４Ｈの先端１５４１Ａ〜１５４１Ｈを当該表面に接触させたとき、当該表面の形状に応じて細条部材１５４Ａ〜１５４Ｈが個々に異なった位置まで押し込まれるようになる。
【００９０】
従って、この図７の実施形態によれば、検査対象材料２１の表面がかなり複雑な曲面になってたとしても、細条部材１５４Ａ〜１５４Ｈの先端１５４１Ａ〜１５４１Ｈを個々に全て接触させることができ、２分割型超音波センサを水ギャップ法に適用したことによる性能を充分に発揮させることができる。
【００９１】
ここで、以上の実施形態における板状遮音部材１５４の詳細について説明すると、これは、超音波を反射し難い材料で構成することが必要であり、このため、まず、図８(a)は、板状遮音部材１５４自体を、テフロン(登録商標)、コルク、天然ゴム、合成ゴム、多孔質材(発泡樹脂材、多孔性セラミックス)などの吸音材で構成した場合の一実施形態である。
【００９２】
次に図８(b)は、アルミニウムなどの金属材の本体１５４Ａの表面に、テフロン(登録商標)、コルク、天然ゴム、合成ゴム、多孔質材(発泡樹脂材、多孔性セラミックス)などをコーティングして、吸音層１５４Ｂを形成させ、板状遮音部材１５４を構成した場合の一実施形態である。
【００９３】
ところで、この板状遮音部材１５４は、図３で説明したように、検査対象材料２１の表面に接触させて使用される場合が多く、この場合、更に超音波センサ１４０が動いたとすると、検査対象材料２１の表面で板状遮音部材１５４の端部１５４１が摺動されることがある。
【００９４】
そこで、図９(a)の実施形態では、板状遮音部材１５４の端部１５４１に金属やテフロン(登録商標)などの突起１５４１Ａ、１５４１Ｂを設け、検査対象材料２１の表面で滑らかに摺動するようにしたものである。
【００９５】
次に、図９(b)、(c)の実施形態では、板状遮音部材１５４の端部１５４１に金属やテフロン(登録商標)などのローラ１５４１Ｃ、１５４１Ｄを設け、検査対象材料２１の表面で転動し、滑らかに移動できるようにしたものであり、ここで、図９(b)はローラ１５４１Ｃ、１５４１Ｄを板状遮音部材１５４の一方の面に設けた場合で、図９(c)はローラ１５４１Ｃ、１５４１Ｄを板状遮音部材１５４の両側面に設けた場合である。
【００９６】
次に、図１０と図１１は、本発明の更に別の一実施形態による超音波センサ１４０を示したもので、この場合、板状遮音部材１５４の端部１５４１に切欠き１５４２を形成したものであり、ここで、図１０の実施形態は、図５の実施形態に切欠き１５４２を設けたもので、図１１の実施形態は、図６の実施形態に切欠き１５４２を設けたものである。
【００９７】
ところで、以上の実施形態において、超音波センサ１４０に設けられている板状遮音部材１５４の機能は、送信振動子列１５から発射された超音波が、水ギャップ内で検査対象材料２１の表面で反射してそのまま受信振動子列１９に到達してしまうのを阻止することにあり、この観点からすれば、図１０と図１１の実施形態は、一見、矛盾しているように思われる。
【００９８】
しかし、このとき切欠き１５４２の大きさを適宜設定し、送信振動子列１５から切欠き１５４２を通って受信振動子列１９に到達してしまう超音波の強度を制御してやれば、たとえ超音波を漏洩させたとしても、本来の超音波探傷のための反射波の検出にはほとんど影響が現れないようにすることができる。
【００９９】
しかも、このように切欠き１５４２を設け、強度が制御された状態で故意に超音波を漏洩させた場合、欠陥２２の深さサイジングの精度を更に上げることができる。
【０１００】
そこで、これら図１０と図１１の実施形態では、板状遮音部材１５４に切欠き１５４２を設けたものであり、以下、これら図１０と図１１の超音波センサ１４０による超音波探傷について、図１２により説明する。
【０１０１】
ここで、まず、この図１２は、超音波探傷におけるモニタの画像、いわゆるエコー画像を示したもので、このとき、図１２の(a)は板状遮音部材１５４を設けていない場合で、同図(b)は板状遮音部材１５４を設け、超音波の漏洩をほぼ遮断した場合、そして、同図(c)は、図１０と図１１に示すように、板状遮音部材１５４の端部１５４１に切欠き１５４２を形成した場合である。
【０１０２】
そして、まず、図１２(a)の板状遮音部材１５４を設けていない場合は、検査対象材料２１の表面で反射した強いエコーが「表面反射」として現われてしまう。そして、これが本来の超音波探傷のための反射波に重畳されてしまうため、ほとんど探傷結果が識別できなくなっていることが判る。
【０１０３】
次に、図１２(b)の板状遮音部材１５４を設け、超音波の漏洩をほぼ遮断した場合は、表面反射によるエコーが現われないので、欠陥によるエコーが「先端」と「底面」として明瞭に表示されており、従って、板状遮音部材１５４により高い表面反射遮断機能が得られることが判る。
【０１０４】
そこで、今度は、図１２(c)の切欠き１５４２を形成した場合についてみると、この場合も、欠陥によるエコーが「先端」と「底面」として明瞭に表示されているが、このとき、更に「表面」として別のエコーが表示されていることが判る。
【０１０５】
そして、この「表面」として表示されるエコーは、検査対象材料２１の表面で反射し、切欠き１５４２を通って検出された超音波によるものであるから、文字通り検査対象材料２１の表面が表示されたものであり、従って、この「表面」と「先端」の間の距離は、このとき検出された欠陥の深さに正確に対応したものになる。
【０１０６】
ここで、図１２(b)の場合と比較してみると、ここでも確かに欠陥によるエコーが「先端」と「底面」として明瞭に表示されているが、しかし、これだけでは、それらの深さは直ちには判らず、別途、所定の較正(キャリブレーション：目盛り合わせ)処理が必要である。
【０１０７】
一方、図１２(c)の場合は、上記したように、エコー画像から直ちに、しかも精度良く欠陥の深さが求められることになり、従って、図１０と図１１の実施形態によれば、欠陥の深さサイジングの精度を更に上げることができるのである。
【０１０８】
次に、図１３は、本発明の更に別の一実施形態で、この超音波センサ１５０は、板状遮音部材として、例えばゴムなどの伸縮可能な材料からなる板状遮音部材１５４０を用い、その先端に、例えば金属、テフロン(登録商標)などの硬い材料からなるチップを設けたものである。
【０１０９】
そして、まず、ゴム(天然ゴム及び合成ゴム)などの伸縮可能な材料からなる板状遮音部材１５４０は、図の矢印Ａで示す方向に伸縮し、これにより、水ギャップＧの変更のため超音波センサ１５０を動かしても、その先端が検査対象材料２１の表面から離れないようにすることができる。
【０１１０】
このとき、チップ１５４３が設けてあるので、検査対象材料２１の表面で摺動したとき、滑らかな動きが得られることになる。
【０１１１】
従って、この図１３の実施形態によっても、２分割型超音波センサを水ギャップ法に適用したことによる性能を充分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明による超音波センサの第１の実施形態の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の詳細説明図である。
【図３】本発明による超音波センサの使用状況を表わす説明図である。
【図４】本発明による超音波センサの第２の実施形態の説明図である。
【図５】本発明による超音波センサの第３の実施形態の説明図である。
【図６】本発明による超音波センサの第４の実施形態の説明図である。
【図７】本発明による超音波センサの第５の実施形態の説明図である。
【図８】本発明の超音波センサにおける板状遮音部材の説明図である。
【図９】本発明の超音波センサにおける板状遮音部材の説明図である。
【図１０】本発明による超音波センサの第６の実施形態の説明図である。
【図１１】本発明による超音波センサの第７の実施形態の説明図である。
【図１２】本発明の第６と第７の実施形態に係る超音波センサによる探傷動作の説明図である。
【図１３】本発明による超音波センサの第８の実施形態の説明図である。
【図１４】従来技術による超音波探傷装置の一例を示す構成図である。
【図１５】従来技術による超音波センサの一例を示す説明図である。
【図１６】フェーズドアレー方式による超音波探傷の説明図である。
【図１７】フェーズドアレー方式における電気パルスの波形図である。
【図１８】フェーズドアレー方式における超音波パルスの波形図である。
【図１９】従来技術による超音波センサの他の一例を示す説明図である。
【図２０】超音波センサを原子炉内の超音波探査に適用した場合の説明図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１４０：超音波センサ
１５０：送信振動子列
１５４：板状遮音部材(表面反射低減板)
１９０：受信振動子列
２００、２０１：スペーサ部材
２１０：ケース部
３００：バネ
１５０１、１９０１：探傷面(送信振動子列と受信振動子列の探傷面)
１５４１：端部(板状遮音部材の端部)
１５４２：頂部(板状遮音部材のＴ字形の頂部)
【図１】
2005300224.tif 000003
【図２】
2005300224.tif 000004
【図３】
2005300224.tif 000005
【図４】
2005300224.tif 000006
【図５】
2005300224.tif 000007
【図６】
2005300224.tif 000008
【図７】
2005300224.tif 000009
【図８】
2005300224.tif 000010
【図９】
2005300224.tif 000011
【図１０】
2005300224.tif 000012
【図１１】
2005300224.tif 000013
【図１２】
2005300224.tif 000014
【図１３】
2005300224.tif 000015
【図１４】
2005300224.tif 000016
【図１５】
2005300224.tif 000017
【図１６】
2005300224.tif 000018
【図１７】
2005300224.tif 000019
【図１８】
2005300224.tif 000020
【図１９】
2005300224.tif 000021
【図２０】
2005300224.tif 000022